水利用効率

水利用効率（WUE）は、植物バイオマスと蒸散によって失われた水の比率を指し、葉、植物全体、または個体群/林分/圃場レベル のいずれかで定義できます。

• 葉レベル：光合成水利用効率（瞬間水利用効率WUE _{instとも呼ばれる）は、}純CO ₂炭素同化速度（光合成）と蒸散速度または気孔コンダクタンスの比として定義され、^{[1]固有水利用効率[2]}（iWUEまたはW _i）と呼ばれる。
• 植物レベル：生産性の水利用効率（統合水利用効率または蒸散効率、TEとも呼ばれる）。これは通常、生産される乾燥バイオマスと蒸散速度の比として定義されます。^[3]
• フィールドレベル：渦相関法^{[4]を用いて、}農作物や森林のフィールド上のCO2と水のフラックス_の測定に基づく

作物の水利用効率を改善するための研究は20世紀初頭から続けられてきましたが、実際に水利用効率の高い作物を実現するのは困難でした。^[5]

固有の水利用効率W _{i は}、通常、土壌干ばつ時に気孔の閉鎖と蒸散の減少により増加するため、干ばつ耐性と関連付けられることが多い。しかし、いくつかの著者^{[3] [6] [7] [8]}の観察によると、WUEはむしろ異なる干ばつ対応戦略と関連している可能性が高いことが示唆されている。

• WUEの低い植物は、例えば木部空洞化に対する脆弱性を軽減する解剖学的適応による干ばつ耐性戦略、または根による広範囲の土壌探索による干ばつ回避/水消費戦略、または早期開花による干ばつ回避戦略のいずれかに対応している可能性がある。
• 一方、WUE の高い植物は、干ばつに敏感で、気孔を早く閉じることによって、干ばつ回避/節水戦略に対応している可能性があります。

水利用効率の向上は、中程度から重度の土壌水不足に対する植物の反応メカニズムとしてよく挙げられ、干ばつに対する作物の耐性を高めようとする多くのプログラムの焦点となっている。^{[9]しかし、}農業システムにおける植物の水利用効率の向上の利点については疑問がある。なぜなら、収量増加と蒸散による水損失減少（つまり、水利用効率向上の主な要因）のプロセスは根本的に相反するからである。^{[10] [11]}水不足によって蒸散速度が低下し、同時に光合成速度とバイオマス生産が減少するような状況が存在するとしたら、水利用効率は大幅に改善され、作物生産における望ましい形質となるだろう。

水利用効率は植物生態学でも盛んに研究されている特性で、20世紀初頭にはすでに草本植物^[12]や森林樹木^[13]の生態学的要件を研究するために使用されており、今日でも、例えば干ばつによる樹木の成長の制限に関連して使用されています^[14]。

• Vadez, V., Kholova, J., Medina, S., Kakkera, A., Anderberg, H. (2014). 「蒸散効率: 古い物語への新たな洞察」Journal of Experimental Botany . 65 (21): 6141–6153. doi :10.1093/jxb/eru040. ISSN  1460-2431.
• Lambers, H.; Chapin, FS; Pons, TL (2008). 植物生理生態学. ニューヨーク: Springer. ISBN 9780387783413。
• Tambussi, EA; Bort, J.; Araus, JL (2007). 「地中海環境下における C3 穀物の水利用効率: 生理学的側面のレビュー」Annals of Applied Biology . 150 (3): 307–321. doi :10.1111/j.1744-7348.2007.00143.x.
• Condon, AG, Richards, RA, Rebetzke, GJ, Farquhar, GD (2004). 「高水利用効率のための育種」. Journal of Experimental Botany . 55 (407): 2447–2460. doi :10.1093/jxb/erh277. ISSN  0022-0957. PMID  15475373.
• Cregg, BM (2004). 「樹木の干ばつ耐性の向上: 理論的および実践的考察」Acta Horticulturae . 630 (630): 147–158. doi :10.17660/ActaHortic.2004.630.18. ISSN  0567-7572.